基于熱-結構耦合的高速車削電主軸特性分析碩士論文

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1、廣東工業(yè)大學碩士學位論文基于熱－－結構耦合的高速車削電主軸特性分析姓名：周彪申請學位級別：碩士專業(yè)：機械制造及其自動化指導教師：馬平201205摘要摘要高速車削電主軸運行中，電機的損耗發(fā)熱和軸承的摩擦發(fā)熱使系統(tǒng)溫度升高。軸承在溫升的影響下，產(chǎn)生熱誘導預緊力，導致預緊力增大。軸承預緊力大小直接決定軸承的剛度大小，而軸承的剛度大小直接影響整個主軸系統(tǒng)的固有頻率大小及動態(tài)響應。主軸高速旋轉時，軸承的離心力影響也不可忽略。因此，本文通過推導軸承溫升與熱誘導預緊力的方程，建立車削電主軸的熱態(tài)與主軸系統(tǒng)動態(tài)的耦合模型，分析電主軸的熱態(tài)對主軸系統(tǒng)動態(tài)的影響。以ANSYS軟件為平臺，采用有限元方法

2、先分析車削電主軸的熱．結構特性；再提取電主軸穩(wěn)態(tài)熱分析后的軸承內圈、滾珠和外圈溫度值用以計算熱誘導預緊力；最后研究熱誘導預緊力和離心力聯(lián)合作用下的主軸系統(tǒng)動力學特性。主要研究內容如下：(1)計算電機的損耗發(fā)熱和混合陶瓷球軸承的摩擦發(fā)熱；分析初始預緊力、初始接觸角、滾動體數(shù)目、潤滑油粘度對軸承發(fā)熱量的影響。根據(jù)電主軸對流換熱的特點，計算相關零部件的對流換熱系數(shù)與轉速的關系。基于有限元軟件ANSYS，研究電主軸轉速為6000r／min時的穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和熱變形等熱態(tài)特性，對兩種改進軸承溫升的措施進行分析。(2)根據(jù)軸承系統(tǒng)的熱．力學模型計算熱誘導預緊力。研究混合陶瓷球軸承的軸向預緊，計算軸

3、承的徑向剛度。分析熱誘導預緊力和離心力的聯(lián)合作用對軸承實際預緊力以及徑向剛度的影響。以ANSYS軟件為平臺，建立主軸系統(tǒng)在熱影響下的三維有限元模型。與電主軸傳統(tǒng)的動態(tài)特性分析不同，本文在熱誘導預緊力和離心力的聯(lián)合作用下研究電主軸的模態(tài)及諧響應特性。分析主軸系統(tǒng)的動剛度隨轉速的變化趨勢以及前端、中端、后端三個位置在共振頻率處所發(fā)生的最大動態(tài)位移，為車削電主軸的動態(tài)特性設計提供理論參考依據(jù)。關鍵詞：車削電主軸；熱態(tài)；熱誘導預緊力；動態(tài)：有限元；ANSYS廣東工業(yè)大學碩士學位論文ABSTRACTWhenthelathemotorizedspindleoperates，itsthermal

4、lossofmotorandfrictionheatofbearingswillincreasethewholesystemtemperature．Thebearingsystemwillinducethermalpreloadundertheinfluenceoftemperaturerise，resultinginincreasethebearingpreload．Thebearingpreloaddirectlydeterminesthebearingstiffness，bearingstiffnessdirectlyaffectsthenaturalfrequencyand

5、dynamicresponseofthewholespindlesystem．Thebearingcentrifugalforcecan’tbeignoredwhenthespindleworksathighspeed．Therefore，bydeducingtheequationbetweenbearingtemperatureandthermallyinducedpreload，thecouplingmodelcanbeestablishedbetweenthelathemotorizedspindlethermalcharacteristicsandspindledynami

6、c．Andweanalyzedynamiccharacteristicsofthemotorizedspindleaffectedbythethermalstate．Thispaperfirstusesthefiniteelementtoanalyzethethermal—structurecharacteristicsofthemotorizedspindleastheANSYSsoftwareforplatform．Thenpickuptheinnerring，ballandouterringtemperatureafterthesteady-statethermalanaly

7、sisofthemotorizedspindletocalculatethethermallyinducedpreload．Atlast．studythespindledynamiccharacteristicsunderthecombinedeffectsofthethermallyinducedpreloadandthecentrifugalforce．Themainresearchcontentsasfollows：(1)Thebearingfrictionhe